电源可靠性设计精选(九篇)

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第1篇：电源可靠性设计范文

部署冗余系统

一种常见的方法是提供内置冗余，采用主动共享负载的并联电路形式或以备用方式应对故障发生。故障检测和管理需要额外的电路开销，以判断优先使用哪个电源，并监视每个电源的状态。此外，内置必须在电源切换时，保护系统免受交叉传导和反馈影响。LTC4417等产品提供了一种具备这些功能的单芯片解决方案，可验证用户针对每个输入定义的电源门限，并基于验证结果自动选择电源。

另一种方法是在两个同时运行的输入电源之间共享负载，这减轻了每个电源的负担，同时如果每个电源的规格设定得当以满足满负载要求，那么还可在一个电源发生故障时提供保护，这些都提高了可靠性。过去也许会采用一种简单但低效率的二极管“合路”，但是这种电路要求每个电源提供有源控制以平衡负载。图l显示了现在怎样用单芯片解决方案来实现。LTC4370是一款均流控制器，具备反向隔离，可防止一个电源发生故障导致整个电源系统崩溃。

备份电源电路

高可靠性应用的电源常常规定电源轨的最短保持时间，以便系统能够“穿越”供电中断，保持正常工作。随着LTC3355等新产品的出现，备份系统的设计得到了极大简化，该器件在单芯片中提供了一个完整的IA DC/DC开关稳压器和备份系统。

LTC3355集成了4种主要功能：

异步IA DC/DC降压型转换器，适用于在3-20V输入范围内工作的主电源。

可编程IA恒定电流/恒定电压线性充电器由VOUT供电，为单个超级电容器、电介质电容器或镍氢金属电池充电。热调节环路最大限度提高充电电流，同时将芯片温度限制到110℃。

当VIN电源降至低于可编程输入门限时，恒定频率异步电流模式5A升压型开关稳压器从超级电容器向VOUT供电。该稳压器设计为电容器电压低至0.5V时依然正常工作，以尽可能延长备份电源工作时间。

在电源发生故障时，无损耗“合路”功能实现从降压模式到升压模式的无缝切换。

热量管理和安全功能

随着系统密度和功率不断上升，热量管理变得越来越富有挑战性，这对IC的可靠性产生了直接影响，因为结温每升高10℃，IC的寿命就缩短一半左右。现在，功能丰富的最新电源IC和专用电源管理功能对IC本身及其周围系统提供了更强的保护。

大部分采用内部功率晶体管的电源稳压器IC都采用了过热保护措施。典型的过热停机大约在155-165℃时触发，触发后器件被禁止工作，直到温度下降大约10℃为止。有些新产品提供芯片温度输出，用户能够设定3种芯片温度门限之一。

其他常见安全功能包括提供电池反向保护、限流和电流反向保护的内部保护电路。故障保护开关及线性稳压器LT3667等新产品包括这些功能，并为每路输出增加了准确的用户可编程电流限制，以进一步简化设计。

瞬态保护

军用和航天电子产品必须符合MILSTD-1275（车辆）和MILSTD704/D0-160（飞机）瞬态保护规范要求。不过，任何高可靠性系统都希望提供防止电压浪涌、尖峰及纹波影响的保护功能，而且已有专门提供这类功能的产品。尽管现在由于芯片工艺技术的进步，稳压器IC能够以IOOV或更高的输入电压工作，但是专用瞬态保护IC提供更多功能和更强的控制能力。在图3中，LTC4364提供27V钳位输出（用户可编程），以保护下游稳压器免受瞬态影响，并在输入短路或断接/复位时保持输出不变。

数字电源系统管理

一些新产品正在通过基于两线PMBus I2C的数字接口协议整合模拟电源调节与数字控制的优势，以实现电源系统的远端管理。遥测和诊断数据可用来监视负载状态，还可以读取故障日志信息并存取数据，以实现准确度为±0.25%的微调和裕度控制，这可最大限度提高系统效率和可靠性。这类系统为从基于时间的维护计划转变到基于状态的维护计划提供了机会，有可能在系统故障不可逆转之前，凸显性能下降问题。

第2篇：电源可靠性设计范文

【关键词】PLC控制系统;可靠性;设计研究

前言

从总体工程设计框架的搭建过程来看，PLC控制系统的可靠性设计是极为重要的构成部分。在实践中，通过处理好冲击电流，进而调整PLC控制系统内部的晶体管等元器件的使用效能，来实现PLC控制系统的可靠性设计。另外，PLC线路板的可靠性设计的变动以及软件容错技术的革新进一步提升了PLC控制系统的可靠性。只有在实践过程中，削弱影响PLC控制系统可靠性因素对PLC控制系统的不良干扰，才能从本质上提高系统运行的可靠性。

一、PLC控制系统概述

PLC控制系统最初源于国外工业生产领域的应用，直译过来为“可编程逻辑控制器”[1]。PLC控制系统的应用环境是工业生产环境，PLC在该领域的实践应用范围最为广泛。PLC控制系统的主要作用就是用来对工业生产进行过程把控，保障工业生产过程中各类机械设备的有序运行。

二、影响PLC控制系统的可靠性设计的因素

在实际操作中，影响PLC控制系统可靠性设计的因素有很多，其中电源电流变动对于PLC控制系统的影响最为常见，最严重时可导致PLC控制系统出现故障，其可靠性更加得不到有效保证。另外，还有信号线引入环节是否得到执行到位，以及接地系统是否能够有序运行等等内容，都在一定程度上影响着PLC控制系统的可靠性。

（一）电源电流变化对于PLC控制系统的影响

在工业生产环境中的某类机械在执行任务时，经常会出现设备运行不稳定的现象，究其原因在于电源电流的变化对于PLC控制系的统稳定性影响较大。一般情况下，电源对PLC控制系统的干扰情况有很多，但主要是通过供电线路的阻抗耦合而产生的干扰。对于大规模工业生产所使用的机械设备而言，很多大功率用电设备（尤其是大功率变频器）是主要的干扰源。该类型设备在启动或运行的过程中，都将产生空间电磁干扰[2]。另外，PLC控制系统在受到来自电流的电磁干扰过程中，在机械线路上产生感应电压，这就造成PLC控制系统出现波动，影响其可靠性。同时，供电电网内部的变化，例如：执行开关操作时电流的变动、大型电力设备的起停、交直流传动装置在运行过程中所引起的谐波、电网短路暂态冲击等等，电流都是通过输电线路而传到机械设备的各个运作环节中的，这就在一定程度上影响了PLC系统的可靠性能的发挥。

（二）PLC控制系统内外部的干扰因素

从PLC控制系统的内部环境来观察，其信号线引入环节是否得到执行到位及接地系统能否有序运行等等细节内容都是干扰系统稳定性与可靠性的因素。在操作过程中，将电路正确接地，能够避免很多由于电流不稳定现象的存在所造成问题的发生，进而保障系统执行的连续性与可靠性。PLC控制系统中所涉及的地线有系统地线、屏蔽底线等，其布线设计环节极为繁杂，这就需要设计及管理人员仔细研究PLC控制系统综合性能的协调性，进而满足PLC整体系统的可靠性要求。

三、完善PLC控制系统的可靠性设计方案的策略分析

通过调整电源电流的输入/输出性能稳定，落实PLC线路板的可靠性设计方法，并借鉴系统软件容错技术在相关领域的实践应用成果，进一步完善PLC控制系统的可靠性设计方案的整体策略。

（一）调整电源电流的输入/输出性能稳定

在实际操作中，PLC系统所采用的供电的电源，一般都选取隔离性能较好的隔离变压器[3]。而变送器和共用信号仪表供电在进行选择时，则主要侧重选择分布电容小、抑制带大的配电器，从而能够减少电流对PLC控制系统可靠性能的干扰。一般情况下，在干扰较强或对可靠性要求很高的工业生产环境中，可以在PLC的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。这样设置的目的在于能够在一定程度上削弱电源电流的突然变化对机械设备内部电路的影响，进而保障PLC控制系统的稳定性。

（二）PLC线路板的可靠性设计

对于PLC线路板的选择过程而言，需要优先选择具有较高可靠性的直流电源。另外，为了降低机械设备在运行时对于自身的损耗，则要选择既有较高稳定性的材质的线路板，例如：铜导线。虽然高质量的PLC线路板在成本上要高于其它普通线路板，但其可靠性也较传统设计有了较大的提升。这对于整体PLC控制系统的可靠性设计来说，是较为划算的设计方案。

四、结束语

通过研究PLC控制系统整体设计方案中可靠性要求的干扰因素，探究进一步完善PLC控制系统的可靠性设计方案的策略，从而有效提升其可靠性，为系统的稳定运增添一份保障。

参考文献

[1]曾湘，段文杰.试析PLC控制系统的可靠性设计问题[J].企业技术开发，2011，11（11）：123-124.

[2]黄海勇.石油PLC控制系统的可靠性设计问题分析[J].中国石油和化工标准与质量，2014，1（01）：142-143.

[3]何继贤.PLC控制系统的可靠性设计[J].电子制作，2014，2（02）：166-167.

第3篇：电源可靠性设计范文

关键词：可靠性建模 可靠度分析 某襟翼系统

中图分类号：V227 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0053-01

国内外产品研制、生产、使用的实践经验充分证明，产品的可靠性首先是设计出来的。认真做好产品的可靠性设计与分析工作，是提高和保证产品可靠性的根本措施[1]。可靠性设计与分析的第一步是建立可靠性模型，模型建立得准确与否是可靠性设计和分析准确与否的关键步骤。然后，在模型的基础上进行可靠度分析，从而影响设计过程和评估设计效果。

可靠度分析分为定性分析和定量分析。可以对单方案产品可靠度分析和优化，也可以分析各方案的可靠性水平，而进行权衡择优。

1 可靠性模型

可靠性建模是可靠度分析工作的基础。可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型。下面介绍一下本文用到的各类型系统的可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式[2]。

（1）n单元串联系统

此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图1：

其可靠性数学模型：

（1）

其失效率公式：

（2）

（2）两个相同单元并联系统

此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图2：

其可靠性数学模型：

（3）

其失效率公式

（4）

3、两个单元旁联系统

此类系统可靠性框图如图3：

两个单元为不同单元，其可靠性数学模型为：

（5）

其失效率公式为：

（6）

两个单元为相同单元，其可靠性数学模型：

（7）

其失效率公式：

（8）

2 某襟翼系统可靠性模型

某襟翼系统有3个模块组成：襟翼执行机构、动力源和电源模块，其中动力源模块为热储备模块（2个液压源并联），电源模块为冷储备模块（主电源与应急电源旁联）。这3个功能模块共同完成同一功能，从功能角度来看为串联关系，即襟翼执行机构（1单元）、1个热储备模块（2、3单元并联）和1个冷储备模块（4、5单元旁联）串联。参照表1常用模型进行组合，该系统可靠性框图如图1。

该系统在选择电源时有两个方案，即热储备模块均采用相同单元，即故障率，冷储备模块有两个方案可选。

在方案1中，冷储备模块采用不同单元，为非相似设计。冷储备模块部分为旁联设计，主电源比应急电源工作时间长，采用主单元可靠性高于备用单元可靠性的方案，即故障率。

在方案2中，冷储备模块亦采用相同单元，故障率。

假设系统内各单元寿命均服从指数分布，该系统通用可靠度数学模型如下：

（9）

各单元寿命均服从指数分布，系统故障率为每个串联模块的故障率的加和，因此该系统故障率公式如下：

（10）

在方案1中，热储备模块采用相同单元，即。冷储备模块采用不同单元，应急电源可靠性水平低于主电源，即。其数学模型、故障率公式化简如下：

（11）

（12）

在方案2中，热储备模块和冷储备模块均采用相同单元，即，，其数学模型、故障率公式化简如下：

（13）

（14）

3 系统可靠度分析

分析1：系统故障率公式构成分析

从系统可靠度通用公式中可以看出，系数为1、系数为2/3，从公式结构来看，占得比重要高，因此，单元1采用可靠度高的产品比热备份模块采用可靠度高的产品对于提高系统可靠度的效果要好。

分析2：两个方案可靠度比较分析

两个方案中单元4的可靠度高于单元5的可靠度，因此，

可以得出，即

因此，不考虑功能模块时序性和方案经济性等的情况下，方案1的系统可靠度低于方案2的系统可靠度。

当考虑功能模块的时序性时，单元4的可靠度足够高、质量足够好，在系统使用寿命中单元4没有发生故障或很少发生故障，没有用到单元5或用到单元5的时间很短，单元5采用可靠性高的产品必然导致成本增加。另外，采用不相同单元作为备份提高整个系统的设计独立性，因此，方案2中系统在设计的独立性方面和经济性方面要高于方案1。

参考文献

第4篇：电源可靠性设计范文

关键词:二次电源; 自激推挽; 串联调整; 抗干扰设计

中图分类号:TM91 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)13-0036-03

Design for Secondary Electric Source

WANG Peng-hui

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract: The quality of the secondary electric source on missile determines whether the intended functions of a missile can be implemented or not. The circuit frame is analyzed according to the design requirements. The hybrid electric source of self-oscillatory push-pull converter and serial voltage regulation circuit was adopted. The stability, anti-interference and reliability were designed attentively. The designed product works well. The design methodology in engineering has a very high practical value.

Keywords:secondary electric source; self-oscillatory push-pull; serial voltage regulation circuit; anti-jamming design

二次电源将弹上一次电源(热电池、涡轮电机等)所提供的+28 V直流电源变换成弹上探测系统、信息处理、驱动控制等分系统所需要的各种电压。电压质量的好坏,对不同部件工作的稳定性和可靠性将产生重要影响[1]。同时,由于弹上电源工作环境较为恶劣,在达到设计要求的同时,必须考虑电源工作温度环境、电磁兼容环境,同时保证较高的可靠性[2]。本文通过分析某产品弹上二次电源的设计要求,成功设计了某型二次电源,在性能满足要求的同时,达到了较高的稳定性、可靠性和抗干扰性。

1 设计分析

系统要求输出正电压有高压+150 V,低压+6 V,+12 V等,负压-6 V,-12 V等,高压供给探测系统,±6 V供给预处理电路,±12 V供给信息处理电路。因此高压150 V和±6 V要求电压稳定度高、输出纹波(峰峰值)低,同时要求较低的硬件成本。为了达到规定的要求,对高压输出、负电压输出部分前级采用DC/DC,后级采用线性串联调整电路;对低压输出的正电压直接采用线性串联调整稳压电路。

1.1 主电路分析

1.1.1 DC/DC

它激式变换器由振荡级和输出级组成,效率高、适用于大功率电源,但电路复杂、硬件成本高;自激推挽式变换器[3-4]结构简单、输出电压稳定、效率较高、硬件成本低、应用广泛。本设计中DC/DC部分采用自激推挽式变换器。

1.1.2 直流稳压电路

由于要求电压的稳定度高、输出纹波非常低,因此直流变换器后端必须采用稳压系数大、纹波抑制比高的滤波电路。但是,当对纹波要求较严时,采用多极滤波器不能达到很好的效果;通常情况下,需要采用直流稳压器[5]。本设计中采用串联调整晶体管稳压电路。

1.2 电磁兼容设计分析

电源的电磁兼容性设计主要指+28 V直流系统正常电压瞬变特性和正常工作稳态电压特性[6],通过合理设计宽范围电压输入和抗宽脉冲低压和高压性能设计可以满足要求,这里主要指抗干扰性能分析。

二次电源在DC/DC变换过程中容易形成各种干扰噪声,产生严重的传导干扰和辐射干扰,直接影响了不同电源输出的供电质量。需要采取几方面的措施:首先,在电源结构设计时,考虑整体屏蔽设计和各功能模块的功能分割;其次,为减小输入噪声和阻止二次电源向输入电源反馈的噪声,设计输人和输出滤波电路;最后,考虑接地设计,减小接地电阻和接合面的接触电阻[7],形成低阻抗电流通路。

1.3 可靠性设计分析

1.3.1 元器件选用

选用可靠性高的元器件,进行二次筛选试验,并进行降额设计[8]。

1.3.2 三防设计

三防设计指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌设计,通过对印制板及组件表面涂覆专用三防清漆可以有效避免导线之间的电晕、击穿,提高电源的可靠性;变压器、电感应进行浸漆,以防潮气进入。

1.3.3 热设计分析

热设计是利用热传递特性,通过附加的冷却措施,控制电子设备内部所有元器件的温度,使其在设备所处的工作环境条件下不超过降额后规定的最高允许工作温度[9]。在弹上电源中,首先选用低功耗的器件,减少发热器件的数目;其次,确定主要发热单元,确定传热途径,采用电源内部的热交换机制,采用传导、对流和辐射三种方式,将电源内部多余的热量转移;最后,加大加粗印制线的宽度,提高电源效率。

2 电源组成及工作中需要解决的问题

2.1 电源组成

二次电源组成框图见图1。+28 V输入首先经过独立的滤波电路,一路直接进行串联调整稳压,经过滤波电路输出+12 V,+6 V以稳压后滤波前的+12 V为源,经过二级串联调整稳压、滤波输出;另外一路经过自激推挽振荡电路进行DC/AC变换,产生一路高压和一路负电压,高压由整流滤波电路进行AC/DC变换输出+170 V左右的高压,经高压串联调整电路和高压滤波电路输出+150 V,负电压由整流滤波电路进行AC/DC变换、串联调整电路、滤波电路输出-12 V,同样-6 V由-12 V调整稳压后得到。

图1 二次电源组成

2.2 自激推挽变换器存在的问题

图2所示为自激推挽式变换器电路图。

图2 自激推挽式变换器电路图

2.2.1 晶体管同时导通

自激推挽式变换器是由自激的方式产生方波,V3,V4 交替饱和导通,理论上其高低电平之间的转换在时间上是完全一致的;实际上由于晶体管存贮时间的作用,会产生两个晶体管同时导通的情况,导通时间(1～2 μs)虽然很短,但由于变压器的作用,造成本应截止的晶体管产生高频尖峰损耗。尖峰损耗造成的平均功率可使管子结温升高到损坏点,产生二次击穿而损坏管子。因此,要保证自激推挽变换器稳定工作,必须避免两个晶体管同时导通。

(1) 缩短晶体管的存贮时间。

应避免管子进入深度饱和,可以缩短存贮时间,V1,V2使晶体管避免进入深度饱和。当晶体管一旦进入饱和区后,V1,V2就把基极的激励电流向集电极分流而使基极电流不再增加,这样就防止了晶体管进入深饱和,从而减小了存贮时间。

(2) 用RC电路延迟导通。

图2中,C3和R4(C5和R5)接于晶体的基极与地之间,当一个管子的基极处于脉冲的上升沿时,由于电容的充电过程而使基极达到导通的时间被延迟,从而避开了另一个管子截止时的存贮时间。

2.2.2 吸收尖峰

由于变压器的两个初级线圈之间存在漏感[10],当一个初级线圈中的电流突然降到零时,存储在这部分漏感中的磁能只能向分布电容充电,因而晶体管从饱和转为截至时,会在截止晶体管的集电集和发射集之间造成瞬间过压,所以推挽式变换器的输出波形上一般都带有尖峰,尖峰宽度与漏感、集电集电流、集电集电压上升时间、电流下降时间有关。减小这个尖峰,不但可以保护晶体管,还可以使输出电压纹波峰值减小。

(1) 采用RC缓冲电路。

RC电路在信号去耦电路、小电流滤波电路应用较多,可以起到平滑尖峰的作用。R6,C4的时间常数略小于晶体管存储时间,远小于振荡脉冲宽度,可以使尖峰电压减小,从而保护晶体管。

(2) 变压器绕线方式。

变压器线圈的分布电容和漏感对变换器的工作状态有很大影响。采用双线并绕的绕线方式,利于绕组间更好的耦合,降低漏感和分布电容的要求。

2.3 串联调整稳压电路存在的问题

图3为串联调整稳压电路图。

图3 串联调整稳压电路图

2.3.1 基准电压

基准电压的稳定度实际上是电源稳定度的极限值,若要获得较高的稳压电源稳定度,必须使基准电压的稳定度比所要求的电源稳定度高一个数量级[11],因此选用稳定性高和温漂低的基准稳压器非常重要,可以选取温度系数及动态电阻都很小的双向硅稳压基准源。

2.3.2 调整管热击穿问题

采用复合管(图3中V12,V13)作调整管时,为了防止由于三极管的Iceo过大引起的热击穿[12],必须在保证三极管最高结温时,Icbo能够泄放掉,图3中R15就是需要的泄放电阻。

2.4 抗干扰及可靠性

在功能分割上,将串联调整电路和自激推挽电路及变压器物理隔离,同时输出级尽量远离推挽电路;保证印制板地和电源壳体尽量大面积接触,电源壳体和大地面接触。

在结构上,将易发热器件直接固定在电源外壳上;内部发热器件通过印制板上大面积覆铜进行散热,同时

印制板布线尽量宽。

3 结 语

弹上二次电源虽然较多采用了模块化的线性或开关电源,但设计原理是相同的。通过对二次电源的设计分析,可以掌握弹上电源设计方法、故障分析方法,以及可靠性设计、抗干扰设计等方法。本设计研制成功的弹上二次电源,通过了电磁兼容试验、各项环境试验,电压稳定度、输出纹波达到了非常高的要求,实用性强,在整机应用上取得了较好效果。

参考文献

[1]曲学基,王增福,曲敬铠.稳定电源电路设计手册[M].北京:电子工业出版社,2003.

[2]胡昌寿.航天可靠性设计手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]陈道炼.DC/AC逆变技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2003.

[4]刘飞云,韦忠朝.一种新型推挽正激DC/DC变换器研究[J].通信电源技术,2003,12(6):17-20.

[5]王顺祺.稳压电源设计[M].北京:国防工业出版社,1983.

[6]总装备部.GJB181A-2003 飞机供电特性[S].北京:总装备部军标出版发行部,2003.

[7]夏剑平,余志勇.弹上二次电源抗干扰设计[J].计算机测量与控制,2008,16(4):516-517.

[8]陆廷孝,郑鹏州.可靠性设计与分析[M].北京:国防工业出版社,1995.

[9]黄竹,蒋和全.开关电源的热设计[J].微电子学,2008,38(4):574-577.

[10]张占松,蔡宣三.开关电源的原理及设计[M].北京:电子工业出版社,1999.

第5篇：电源可靠性设计范文

关键词 开关电源；热分析；ANSYS；热设计

中图分类号TN86 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）47-0034-02

0 引言

开关电源被广泛的应用于国防军事，工业自动化，家用电气等领域的电子系统中。随着开关电源逐步向小型化、高频化、高功率密度发展，用户对开关电源的可靠性设计提出了更高的要求。温升是影响开关电源可靠性的关键性因素，如何将热量高效快速的导出，成为电源工程师的首要任务[1]。热设计的好坏直接影响着开关电源的可靠性和寿命，因而热设计是开关电源可靠性设计的重要环节。

本文以一个工作于密闭电源盒的开关电源为例，利用有限元软件ANSYS对开关电源进行热设计，来提高整个开关电源的散热性能，使得开关电源的主要发热器件的温度控制在允许的范围内，保证开关电源安全可靠的运行。

1 开关电源的热分析

本文中开关电源为反激式，具有有源功率因数校正(APFC)环节，主要发热元件有开关管，整流二极管，大功率电阻，变压器与电感等[2]。

首先利用ANSYS分析工作在空气中开关电源的温度分布情况。

1.1 仿真边界条件和载荷说明

1）环境温度：25℃；

2）对流系数：6W/m・K；

3）载荷：器件的生热率（P为器件的发热功率，V是器件等效热源的体积）。

1.2 模型的简化处理

1）对于简化线圈模型来说，由于线圈在实际中是由一圈一圈的漆包线绕制的，而且这样的绕线也不规则，在模型建立中使用单一圆柱体来代替多圈的导体；

2）芯片热源等效为长方体。

1.3 网格模型

模型中有些部分的尺寸微小，如MOSFET的等效热源，尺寸为13.8×8×0.2mm3。选用ANSYS软件中的SOLIDTO单元．通过设置MSHKEY和MSHAPE两个选项，完成对单元形状的控制。在建立网格处理不规则体的时候，特别是连接处理后的非六面体的情况，采用退化的四面体单元进行网格划分，可以通过设定ESIZE，LESIZE的大小来决定单元网格的大小，则模型网格单元数目为324532。

1.4 仿真结果分析

表1中是工作在空气中开关电源的温度分布情况。利用红外热像仪测得的温度，与仿真的温度值对照，相对误差较小，具有很好的准确性。实际上，此开关电源工作在一个封闭的电源盒内，内部的空气流动速度很慢，在理想状态下，认为内部空气处于绝热状态，几乎不导热。因而各器件的实际工作时温度会更高。因此。为保证开关电源安全可靠的运行。必须采取有效的散热措施，迅速的将电源盘内部的热量导出，降低主要热源的温度。

2 开关电源的热设计分析

如何寻找低热阻通路来将热最迅速导出是设计开关电源热设计的关键问题，因为只有开关电源器件的结点温度降低后，这样才能避免高温而导致开关电源可靠性下降的问题。此开关电源工作在一个封闭的电源盘内，由于工作环境特殊，不允许加风扇，只能采取自然散热的措施。其热设计的内容包括电源盘的内部热设汁和电源盘的外部热设计。

通过设计将开关电源的前后级MOSFET，后级二级管，整流桥的温度控制在60℃以内，变压器的温度低于65℃。

2.1 电源盒的内部热设计

开关电源的电源盒内部热设计主要是调整器件布局和改变内部介质。

1）电路布局的热设计

密封电源盘内热源的主要散热途径有以下几个方面：首先，通过热源经盒内介质向壳体传导的热量，可以通过对流和辐射在壳体的表面将热量发散到大气中；其次，通过盒体内部的介质可以把热量传递到其他部件上，这样就可以形成温度的叠加效应。

所以，在设计过程中，在考虑不影响电路性能的情况下，应该使得发热部件尽可能分散，且在电路板边缘分布，另外，固定在电源盒的导热铝板应该与其相连。电路板的后边缘则应该放置前后级MOSFET和整流桥，与电源盒的侧壁相连靠的是2mm的导热铝板；而电路板的前侧边缘放置后级二极管，同样，电源盒的侧壁相连靠的是同样厚度表2是开关电源电路靠局调整前后的温度对照表，通过表2可以得出如下结论：

首先，可以看出前后级的MOSFET、整流桥和后级二极管温度都有明显的降低变化，其主要的原因是因为由于低热阻通路-导热铝板的存在，使得电路布局为这些器件与外壳之间存在这样一种合理的通路，这样就可以使得器件产生的热量传导到电源盒体，从而温度梯度也得以降低。

其次，对于变压器来说，温度变化很小。通过内部空气传导到电源盒的变压器的热量，在加上空气的热阻很大的原因，这样可以认为在密闭条件较好的情况下的绝热状态。同时，最高结点温度和环境温度梯度也很大，这样来说对于变压器温度没有明显的降低。

变压器的温度变化很小。这是因为变压器的热量主要通过内部空气传导到电源盒，而空气的热阻很大，在密闭条件很好的情况下，可以认为处于绝热状态。变压器的最高结点温度与环境的温度梯度很大，导致温度没有明显的降低。所以尽管电路布局的调整改善了开关电源的温度分布情况， 有些器件的还存在较高的温度梯度，无法满足安全可靠运行的要求。

2）电源盒内部介质的热设计

热量主要以传导方式由内部器件传到电源盒，这一点可以从前面的电源盒内热源的散热途径获得，经过对流换热的方式散发到空气中。根据传导散热的原理，内部介质的导热系数可以看做是影响电源盒内部温度梯度的主要因素，其中，由于介质的导热系数与内部热源的温度梯度成反比的原因，说明了质的导热系数越大，内部器件的温度梯度就越小，热源的结点温度就越低。

根据开关电源主要器件温度与内部介质的导热系数的关系曲线可以得出如下的结论：

（1）器件的温度和内部介质导热系数变化成反比，并且基本上所有器件最终趋于同一温度。

（2）变压器的温度曲线存在一定区别，表现在介质导热系数为1.2 W/m・K时有一定的上升，这可能是因为变压器的温度低于其他热源的温度，但是需要注意热量具有从温度高的流向温度低物体的规律，这样由于变压器温度相对较低时，当存在其他热源的影响，变压器温度也是可以理解的。

2.2 电源盒的外部热设计

电源盒的壁厚和壳体表面肋片的设计构成了电源盒的外部热设计，需要注意，其表面的散热方式为对流和辐射，这样，根据流散热的原理，表面散热面积则是影响散热的主要因素，其中，电源盒的表面散热面积与外壳肋片的高度影响直接相关。

开关电源的传导散热主要受到电源盒的壁厚的影响，同时，电源盒表面的对流散热则受到外壳的肋片高度影响。因此，对于多热源的封闭盒体来说，在限定电源盒尺的条件下，外壳的肋片高度对于散热的影响一般大于壁厚的影响，所以对于封闭盒体来说，主要的散热形式为表面的对流散热，这样能有效的散发热量，降低盒体内部器件的结点温度。

所以根据上述结果分析可知，对于电源热设计中需要采用内部灌胶，而对于主要发热器件来说则需要通过导热铝板与电源盒外壳相连，同时采取电源盒外壳加肋片的综合散热措施，这样可以有效控制开关电源温度，达到预定目标，从而满足设计要求。

3 结论

本文开共电源因其工作环境的要求，限制了散热措施的选择。在只能采取自然散热措施，且功耗很大，电源盒的尺寸和重量受到严格限制的条件下，分别对电路板和电源盒的结构进行了热设计，寻找一种有效的散热措施，降低了主要器件的温度，提高开关电源的可靠性，延长了寿命。

参考文献

第6篇：电源可靠性设计范文

1　硬件电路设计

硬件电路原理如图1所示，在具体设计中，每个部分都应考虑抗干扰问题，以最大限度地减小干扰对整个系统性能的影响，确保系统具有足够高的可靠性。

①DSP部分

本控制器以TI公司的TMS320F2812(以下简称F2812)为核心，它是一款专用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。F2812部分的电路设计重点考虑如下问题：

电源上电次序。F2812为低电压、多电源DSP，必须满足I/O电源先于CPU内核电源上电的次序，且两者上电时间差不能太长(一般不超过1s)，否则会影响器件的使用寿命甚至损坏器件。本文采用TPS75733KTT和TPS76801Q电源芯片设计电源模块，满足了上述上电次序的特殊要求。

系统时钟。F2812要求输入时钟信号电平为1.9V(此时主频最高可达150MHz)或1.8V(此时最高主频为135MHz)，而普通晶振的输出电平为5V或3.3V，因此不能直接采用晶振设计系统时钟。为提高系统整体工作的稳定性和可靠性，本设计采用一个晶体和两个电容与F28t2片内时钟模块构成振荡电路，满足了时钟要求。

未用输入／输出引脚的处理。未用输入引脚不能悬空不接，对于关键的控制输入引脚(如Ready和Hold等)，应固定接为高电平或低电平，非关键的输入引脚应将其上拉或下拉为固定电平，未用的输出引脚可悬空不接。

②电源部分

本设计针对直流侧采取了如下措施：

电源按内部和外部两类单独分开供电，并采取隔离、滤波及接地等技术措施。内部电源负责F2812核心系统供电，并设有电压监视器，用于电源异常保护，而外部电源只与外部接口联系。

模拟电源和数字电源分开，分别采用独立的电源供电。

对整流后的直流电压采取了二级稳压方式，以保证前级稳压器受影响后仍能输出规定的电压。

③输入输出通道部分

输入输出通道与过程相连，是过程干扰进入DSP系统的主要通道，也是DSP系统抗干扰设计的重要内容之一。输入输出通道抗干扰设计主要采取隔离措施，这样可大大提高过程通道上的信噪比。

④通信部分

F2812芯片具有两个串行通信接口，可根据具体需要自由配置成标准串口RS-232或RS-485。本设计采用RS-232，且为了提高整个系统的抗干扰能力，选用了高抗干扰性驱动芯片MAX3160，并采用高速光耦进行隔离。

2　PCB电路板设计与制作

目前，电子设备普遍采用PCB电路板进行装配。随着集成电路及相关技术的飞速发展，PCB上的元器件密度越来越高，PCB设计与制作的质量对DSP系统可靠性的影响也越来越大。因此，在设计和制作PCB的时候，不仅要考虑元器件和线路的布置，还应符合相关的抗干扰设计规则。

①PCB布局

PCB布局非常重要，它不仅决定电路板的视觉效果及自动布线的布通率，更重要的是会影响仪器的整体性能，所以，布局时必须综合考虑，并遵循一定的规则，具体包括：

PCB板的几何尺寸应合适，尺寸过大会增加线路阻抗，降低抗噪声能力，尺寸过小则影响散热，且相邻线条易受干扰；

应将元件及信号合理分区，将强、弱信号分开，数字与模拟信号分开，干扰源与敏感元件分开；

尽可能按信号流程布置各功能模块的位置，使信号方向一致；

以每个功能模块的核心元件为中心进行元器件布局，且应考虑元器件排列及焊接，不能太密；

②PCB布线

在PCB设计过程中，布线工作的技巧性很强，是非常重要的一步。布线时应遵循如下规则：

相邻两层的布线方向应尽量垂直，必要时可加地线隔离；

地线和电源线应尽量加粗，以减小压降和降低耦合噪声；

数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，布线时，应尽量将模拟器件远离数字信号线，并用地线把数字区与模拟区隔离；

整个PCB板对外只有一个地线节点，而在PCB板内部，数字地和模拟地则是分开的，通常可将数字地和模拟地在D/A转换器的模拟地引脚处连在一起；

③电源线设计

解决干扰问题的办法是将电源部分的器件单独放在一起，然后用正反两条较粗的地线与其他部分完全隔离，再在电源器件附近放置旁路电容和去耦电容，以最大限度地减少输出电源线上的干扰。另外，应根据电流的大小，尽量加宽电源线，并尽可能使电源线和地线的走向与数据传输方向一致，以提高系统的抗噪声能力。

④地线设计

电子系统的噪声和干扰与其接地方式有密切的关系，良好的接地往往可解决大部分干扰问题。

对于低频电路，布线和元器件间的电感影响比较小，而接地电路形成的环流对干扰影响会较大，此时应采用一点接地方式，以尽可能减小地线上的电位差；而对于高频电路，地线阻抗会变得很大，此时缩短地线长度，以减小地线阻抗就成为关键问题，所以应采用就近多点接地方式。此外，应尽量加粗接地线，以减小地线电阻，否则，会由于接地电位变化而导致信号电平不稳，进而降低抗噪声能力。

⑤滤波电容设计

选1uF～10uF的电容跨接在电路板入口处的电源线与地线之间，这样能有效消除低频干扰。而对于高频干扰信号，可用0.01μF和0.1μF的电容放在电源和地的引脚旁，特别是要在每个集成电路芯片的电源线和地线之间直接接入0.1μF的高频电容。另外，也可采用铁氧体磁珠来做高频滤波，它可等效为一个电阻和一个电感的串联，其高频时的交流阻抗很大，而直流阻抗却很小(接近于0Ω)，这样，高频干扰信号就被吸收，并以热量形式消耗。

3　空间抗干扰问题

抗空间干扰的主要措施就是屏蔽。本设计采用常用的屏蔽的方法，即用低电阻材料作成屏蔽罩，把干扰源或易受干扰的部分包围起来，这样，既防止了干扰源向外施加干扰，也避免了易受干扰部分接收外来的干扰。

软件系统高可靠性设计

1　软件的抗干扰设计

除上述的硬件抗干扰措施之外，软件上也应做好抗干扰设计。

①看门狗中断的应用

在程序设计时，每隔一段程序插入一个看门狗计数器复位指令，这样，在程序运行过程中，如果进入死循环或非法代码区，就不能使计数器清零，当该计数器溢出时，就会使系统复位并重新运行，此时如果干扰或故障已消除，则系统就从故障状态恢复正常。

②假中断处理

在程序设计时，应给每一个中断都编写程序，在中断服务程序中清除中断标志并使程序正常返回，这就保证了程序的稳定运行。

③指令冗余技术

对开中断关中断、中断初始化、系统寄存器初始化及定时器定时值设置等重要指令采取指令冗余技术，即多进行一次重复写操作，以确保这些重要指令的正确执行。

第7篇：电源可靠性设计范文

【关键词】 嵌入式 实时控制 硬件 可靠性

嵌入式实时控制系统在工业生产中具有广泛的应用场景，其系统的可靠性直接关系到系统的控制效果和系统的维护难度。系统复杂度的提升、元器件数量的增多、传输信号间的相互干扰等在一定程度上都会降低嵌入式实时控制系统硬件的运行可靠性，为保证系统运行的稳定性与可靠性，就必须利用相关技术或手段对硬件进行设计和分析，降低其故障概率，提升其工作性能。

一、硬件可靠性定义

硬件可靠性是指硬件系统在限定时间和限定环境下正确完成规定功能的概率，对其进行定量分析可以对硬件系统的故障密度函数在一定时间内进行积分，求出其故障概率，进而由故障概率得到无故障工作概率。

硬件系统的工作条件和工作环境不同，其所具有的可靠性会出现不同的差异性，硬件系统的工作时间不同，对其进行可靠性分析也会得出不同的结果，且，工作时间的延长必然会降低硬件系统的可靠性。

二、嵌入式实时控制系统硬件电路可靠性分析与设计

嵌入式实时系统功能复杂，信号种类多，响应时间短，时钟信号频率高，需要驱动被控对象做出快速检测、响应以及处理等操作。

2.1 供电系统可靠性分析与设计

硬件系统的供电电源容易将噪声耦合到电路系统中，所耦合进入电路系统的噪声会降低电能的稳定度，进而使得供电系统的可靠性降低。为降低该问题对硬件系统可靠性的影响，可以采用隔离变压器、滤波器等对硬件系统进行优化处理，如在电网中接入隔离变压器、在供电电路的电源与地之间添加去耦电容等，不同容量的电容所对应的噪声频率不同，实际中可以依照使用需求具体设计。

2.2 信号传输线路可靠性分析与设计

硬件系统中的传输线路过长或者线路输入输出端设计不合理时会造成信号误判，降低系统可靠性。（1）使用光电耦合器或者滤波器等对传输线路的输入输出端进行电气隔离，防止干扰信号进入传输线路中影响判别结果；（2）应用负载阻抗匹配技术提升信号在传输线路中的传输质量，减少长距离传输所引起的信号畸变问题，如在源端和负载端匹配设计RLC网络来消除反射、交叉干扰、振铃等噪声干扰；（3）使用阻抗匹配双绞线设计方案来减少长距离传输下的传输线特性阻抗参数对传输信号的影响，若能够配合使用光电耦合等硬件设计方案，可以达到更优的抗干扰效果；（4）对总线负载进行平衡匹配设计，避免嵌入式实时系统的控制芯片出现负载不均衡或紊乱，某些未使用的引脚，可以将其接高电平或接地，避免其悬空。

2.3 空间电磁场的干扰与可靠性设计

嵌入式实时控制系统可能工作在空间电磁干扰较为严重的环境下，高频电源、强电设备等都会降低系统的可靠性，此时可以使用接地金属外壳等对系统核心模块等进行电磁屏蔽，降低空间电磁干扰对系统信号的影响。

三、电路板可靠性分析与设计

电路板布线和布局的合理性直接关系到各线路和元器件的工作状态，不合理的设计方案会减少元器件寿命，甚至导致其烧毁。特别的，嵌入式实时控制系统所使用的时钟频率较高，电路板设计不当，还会引起线路间的相互干扰，降低硬件系统工作可靠性。

3.1 电源与地线布线原则

理想情况下，电源线的线宽应与所传输的电流相匹配，不同线路的走向应该尽量一致。条件允许时，还可以对变压器、稳压电源等进行独立设计与制板。

地线设计时应该注意区分模拟地和数字地，避免两类地线的混淆，布线时尽量使两者分开，在最后进行汇聚。硬件系统，工作频率低于1MHz的线路可使用单点接地设计方案；高于30MHz的线路可以使用多点接地设计方案；介于上述界限频率间的线路可以使用混合接地设计方案。

3.2 时钟布线原则

时钟信号的同步性与稳定性直接关系到硬件系统工作的准确度，为保证系统正常运行，应尽量选择PCB电路板中心位置或接地良好位置布置时钟电路，尽量缩短时钟与控制芯片间的距离。此外还可以对时钟元件进行接地处理、隔离处理，避免布线影响其他信号线的信号传输。

当嵌入式实时控制系统为高速系统时，过孔、引线以及其他元器件等都会呈分布式电感或电容特性，这些特性会影响系统的性能，降低系统可靠性，因而在设计PCB板时应该将信号频率纳入考虑范围，对布线进行优化设计。

第8篇：电源可靠性设计范文

关键词：大坝自动检测；可靠性设计；探究

中图分类号：TV文献标识码： A

大坝自动检测系统可以使人们了解大坝的日常信息，并且大坝的工作环境较为恶劣，通常把仪器设备摆放在了并无人烟的荒郊野岭，没有便利的交通，其气候条件较差，同时没有良好的生活工作环境。大坝信息是水库可以运行的基本保障，同时汛期大坝信息可以直接影响着整个水库的安全问题。大坝信息来源是依靠于大坝自动监测系统，其大坝自动监测系统所给出的信息能够直接影响着大坝信息是否具有可靠性，所以，可靠性设计是大坝自动监测系统中的主要内容。

一、大坝自动监测系统的组成

其自动监测系统是以分布式来进行设计，系统大致分为上位机以、下位机以及交换机。其中上位机包含了数据库服务器、数据采集计算机、数据管理计算机。而下位机则包含了交换机、PLC主站以及PLC分站和压力传感器。

二、可靠性的概念

（一）可靠性的含义

可靠性的实质是指在系统使用的期间内以及预计环境中使人们相信所设计的功能，同时其性能还能够得到相应的保证。

首先，需要较为良好的使用功能。系统在使用的过程中，可以满足设计中的功能要求以及指标，其中包含了数值的准确性，通讯的流畅性，功能的稳定性，对于自身诊断的有效性，分析数据的准确性，对于大坝的分析以及及时性。

其次，在使用的过程中其系统可以承受由于环境因素所带来影响。例如潮湿、结露、结霜、结冰、日晒雨淋、高低温所引起的锈蚀以及老化，电磁场(包括雷电电磁脉冲)、浪涌电压、瞬变电流、地电位差等扰乱，人畜、蛇鼠等对系统的破坏，交通、发电、泄洪和地震等引起的系统震动等。

而后，还要有一定的耐久性。整个系统的部件具备抗老化、抗腐蚀以及抗松动的特质，同时其测量、通讯、数据处理以及其他性能在使用时所发生的变化并不会超出设计的范畴之内。其硬件可以承受在使用过程中的各种作用，同时还可以满足使用要求；但是对于软件来说它能够兼容新旧两个版本，并且还可以进行系统更新或者自动升级以及远程下载，以此来确保系统在使用的过程中其软件不会过时。

最后，在发生事件的前后，可以保证其系统的稳定性。系统一旦受到意外因素的影响，例如在人为原因、雷击等作用时并不会产生较为严重的后果，从而不会影响到其它部分的工作，在事发后的系统可以对故障进行显示以及报警，方便故障的找寻以及恢复，同时能够花费较少的费用。

（二）可靠性指标

从大体上来说，其可靠性指标能够利用分散型工业来进行控制系统来表示，并且，可用性和平均没有故障的时间以及平均修复时间有一定的关系，即

如对于由Ⅳ台仪器构成的大坝自动监测系统，其某时刻的可靠恤为正常工作的仪器数(Ns)与总数（N)加之比，即：

NF为故障的仪器数，是系统在任一次工作中，系统中达不到设计功能和性能要求的仪器总数。即

同时将两边乘以N/NS，即

则右边说明了在t时刻内，每台仪器工作在单位时间内的故障概率，用来表示，

（三）可靠性指标的影响因素

RAS指标的实质是一个随机变量，它和系统元器件、原材料、设计及组装、现场土建、安装调试、运行维护及现场环境等因素存在一定的关系，所以需要用概率统计方法进行相应的探究。

RAS系统受到了内外部的共同干扰，其中包含了电磁、高低温变化、温度升高或者骤降、潮湿、灰尘等；同时系统内的集成电路以及材料逐渐老化；并且厂家的技术能力以及管理水平都会对系统造成一定的影响，其售后的管理以及对待客户的服务方式也会对系统的使用产生了一定的影响。

在确定系统可靠性指标之前应该分析以上影响因素系统可，并注意收集以下资料：大坝施工现场的干扰因素以及统计特征，例如空间的电磁场、雷电强度大小、空气湿度大小等；收集系统和元器件在破坏因素的作用下所出现的反应以及规律，利用室内试验来确定系统所能承受干扰的极限值以及相应的时间，例如在一定时间内系统及各部分所能承受的电压、电流、电场强度、磁性强度、湿度等，并研究系统对各元器件老化及失效速率的影响；并以此来统计系统材料的老化以及失效特征，从中总结其统计规律。

三、可靠性设计

（一）总体设计

1.加强元器件和仪器的选型

其系统内的仪器设备可靠性是系统可靠性的重要保证。通过微功耗、工业级甚至是军用级芯片对元器件进行适当的降额使用，并在此基础上对电路设计进行优化，以此来提升设备可靠性。同时传感器尽最大限度的选取无源或微功耗的基础设备，有利于能够在现场进行长期工作。在设计的过程中，应该优先选择已经通过建筑工程考验过、较为成熟的设备，这样可以提升系统的可靠性。

2.优化系统工作模式

在设计的过程中，应该尽最大限度来简化其系统的结构，同时不应该附加其他的无用功能。在实际情况中，应该采取自报式以及间断工作的手段，如果系统设备可以得到较长的间歇时间并且损耗较小，就可以提升其设备的使用年限。

3.适当的采用干扰措施

其大坝自动监测系统主要是以电子产品为基础，在设计的过程中应该考虑其雷电等各种因素的干扰。其中保护措施主包含了：测量控制装置和仪器设备需要采用直流供电，并以此来解除电源线引入的雷电干扰；在无线传输的过程中，天线安装同轴避雷器，防止雷电从天馈线引入遥测设备；并且交流供电线路应该安装电源避雷装置。并且，同频干扰以及太阳风暴能够对通讯形成一定的干扰，影响其信号的传输，从而增加的了误码率，因此需要在硬件上使用干扰纠错技术。

就目前而言，所使用的信道编码采用纠错编码技术，可以检两位，纠一位错误。除此之外，使用多级校验能够提升系统的可靠性。对通信电路以及线路的设计，需要考虑大气条件的变化，所以要在每一条电路中都要预留出一定的干扰保护度以及余度，并以此来保证其电路的余量。

（二）设备的可靠性设计

选择较为简单的合理方案，多使用积分型的电路，在模拟电路的设计中，要着重关注于工作点的稳定功能，选择合适的深度，并以此来保证其工作的稳定，以免出现自激的现象。

同时应该对所有的设备进行不定期的检测，每批机器应该依照标准规定来进行震动跌落以及高温高湿的抽样检测，以此来确保其设备能够在艰苦的条件下运行。在检测的过程中，做好相关的检测记录，并从中总结经验，完善其系统产品。

四、结束语：

综上所述，其大坝自动监测系统所分布的范围较广，同时其工作环境较为艰苦，存在较为严重的干扰现象，所以应该进行全面的系统研究，并以此来保证系统可以保证长时间的工作。创建一个适当的可靠性指标能够对系统的可靠性进行全面的评价，从而促使厂家提升其产品的质量以及售后服务质量。

参考文献：

[1] 董树民,房灵常.大坝自动监测系统的可靠性设计[J].水利水文自动化,2013(4).

[2] 刘小生,张学庄,王爱公等.边坡稳定性自动监测系统[J].煤炭学报,2012,32(5).

[3] 贾嵘,南海鹏,王涛等.大坝渗压自动监测系统[J].西安理工大学学报,2013,15(4).

[4] 杨海云.福建大坝安全自动监测系统综述[J].福建电力与电工,2013,20(3).

第9篇：电源可靠性设计范文

【关键词】计算机 系统 可靠性 设计方案

计算机被广泛的应用于各个领域，而且发挥着重要的作用，若计算机系统运行的可靠性较差，则极易影响工程的项目设备运行的安全性以及稳定性。计算机控制系统可靠性差，主要受到各种因素的影响，包括软硬件系统，以及外部环境因素的影响，对此在开展计算机系统设计时，要进行全面分析。

1 计算机系统可靠性分析

计算机控制系统即CCS，其指的是利用计算机，借助相关辅助部件，并且与被控制对象相互联系，以此达到控制目的。计算机系统可靠性分析，即控制系统可靠性分析，主要是针对影响控制系统运行安全与可靠性的因素，包括元器件设备、系统运行参数、系统各单元MTTR等。在进行计算机系统可靠性设计前，则需要对上述影响因素，进行详细的分析，再进行系统设计。

2 计算机系统可靠性设计分析

2.1 系统输入可靠性分析

计算机系统运行，需要输入指定命令，由系统输入运行结果看，若输入错误，则极易造成系统输出结果错误，对此则需要仔细的选择传感器，确保传感器的适用性与可靠性。如果系统选用的模拟传感器，则输入的放大电路，其最好是绝对值放大电路设计，并且需要设计输入保护，以及滤波处理输入信号，以此防止由于输入信号较大，给系统接口造成损害。除此之外还需要仔细的研究传感器故障原理，以此保证传感器的可靠性与安全性。

2.2 系统输出可靠性分析

影响计算机系统输出的安全性与可靠性的因素较多，主要分为输出执行器、输出传输线、输出接口电路、输出软件等，这些因素的可靠性，直接影响着计算机控制系统输出的可靠性与安全性。因为系统输出主要依靠驱动执行器，驱动执行器属于高速运转元件，极易受到外界因素的影响，使得所存内容被破坏，最终造成系统操作错误。

2.3 诊断技术可靠性分析

当计算机系统运行时，需要借助诊断技术，对检测信号做有效判断，以此判断计算机系统是否处于正常运行状态。若想准确的判断计算机系统故障位置，则可以利用事故现象和系统故障之间的对应关系，来确定故障位置，以此减少系统故障修复所花费的时间，同时还能够提高计算机系统运行的可靠性与安全性。

2.4 冗余与容错可靠性分析

计算机系统可靠性影响因素中，冗余与容错设计比较重要。冗余技术主要分为工作冗余与后备冗余。工作冗余能够支持系统设备进行多次重复配置，当系统运行时，若任意设备发生故障，则其会脱离控制系统，不会给系统造成影响。后备冗余指的是配置两台设备，将其中的一台留作备用，若运行设备发生故障，则后备设备将会投入系统中运行，进而确保系统的可靠性。计算机冗余系统主要包括并联系统（冗余设计）、备用系统、表决系统，冗余设计的应用性较强。容错设计指的承认系统故障，_保系统故障后能够继续运行，为了提高计算机系统容错能力，通常加设冗余设计，以此实现接替容错单元功能，确保系统正常运行，同时故障系统能够自动修复，以此确保系统运行的可靠性。

3 计算机系统可靠性设计

3.1 硬件系统设计方案

计算机系统主要可以分为硬件系统与软件系统，因此可以作为设计的两大部分。硬件系统主要是由各元器件以及信息技术等构成，为了确保系统的可靠性，则需要做好运维措施以及合理设计，可以遵循以下要点：

3.1.1 冗余容错设计方案

该方案的应用较为广泛，基于硬件运行特点，则可以分为电路级冗余、静态冗余、动态冗余、混合冗余。电路级冗余设计，则需要遵循计算机控制机烯烃原则，即对系统模块电路中的极管进行冗余设计，以此确保运行模块故障后，容许电路能够代替原有电路元件运行；静态冗余容错设计，多采用表决模块，以此屏蔽系统异常，该设计方案中，主要是将单模块，利用三模冗余进行交替；动态硬件冗余容错设计，主要是基于控制系统特点，将系统设计为多各模块，构成故障检测模块、故障定位模块、系统恢复模块等，进而实现容错技术功能。混合容错设计方案，主要是将静态冗余容错与动态容错系统融合，实现系统可靠性运行目标。

3.1.2 系统可靠性运维方案

提高计算机系统运行可靠性，则需要尽量做好系统维护措施，使用高性能元器件。元器件使用性能，与其运行环境有着直接影响，尤其是温度因素，对此需要设置电源散热装置和配置，提高元器件运行可靠性。同时需要考虑元器件是基于功能组建在一起的，为了确保运行的可靠性，则需要做好元器件焊接位置检查，以及接触部位检查，防止出现系统运行故障。除此之外元器件的可靠性，直接影响着系统运行，因此其结构设计要简洁，减少元器件使用个数。基于计算机控制系统运行环境特点，做好相关的防护措施，针对主要影响因素，包括雨雪因素、温度因素、气体因素等。

3.2 软件系统设计方案

计算机控制系统可靠性设计，主要是进行软件容错设计与软件编程规范。

3.2.1 构建冗余系统

软件系统的容错能力设计，需要构成冗余系统。基于相关原理，简化系统单元模块，提高系统运行的可靠性，将控制系统分散设计为各个控制系统，再将其分解为独立单元，基于系统性能，将其构建为不同模块。为了避免通信系统运行节点故障，给计算机系统造成影响，可以使用CANBUS总线，以此来解决通信系统缺点，使其具备多主结构特点，确保系统在任意节点内，均能实现信息交互。

3.2.2 降低单元的MTTP

计算机系统中多采取模块化设计，以此来降低单元MTTR，进而使得系统故障时，能够实现快速定位与维护，缩短系统MTTR，进而提高系统可靠性。同时将系统设计成诊断故障模块，运用诊断技术、自动隔离技术等，提高系统故障处理速率。

3.2.3 软件编程规范

计算机软件系统编程规范，其主要包括设置自检程序、指令冗余法、设置软件陷阱、WATCHDOG、输入信号与输出信号的抗干扰技术，将上述技术进行组合与完善，则能够极大程度上提高计算机系统的安全性与可靠性。

3.3 计算机系统可靠性设计分析-通信系统

计算机通信系统设计，则可以遵循以下设计要点：

（1）利用冗余技术以及设备，实现系统运行故障监测，确保故障发生后的交替工作；

（2）利用现代化技术，提高网络级别。

（3）优化网络系统结构，合理组合设备，减少系统建设成本。

（4）使用高性能网络产品，同时考虑网络升级需求以及扩容需求。

层次化通信网可靠性设计要点：

（1）接入层网络体系中，使用OSI模型。该模型的首层是集线层，设备与集线层连接，则能够实现资源共享，交换机的使用，能够提高集线器的性能，具有网络连接优势，能够实现资源完整转发，以及端口识别，自动判断资源是否传送，进而提升系统可靠性。

（2）核心层设计。合理设计核心层，能够为计算机系统，提供高性能数据链路，确保网络数据传输的稳定性以及速率。同时能够将核心层路由协议，转变为负载模式，实现网络资源调度，快速恢复系统故障。

（3）分布层可靠性设计。设计分布层，则能够实现访问求信息审核以及过滤，同时能够拒绝不合理资源访问请求，若接入层和核心层路由协议，发生排斥或者不协调问题，则需要重新分布资源信息，进而确保通信网络速率。通信分布层合理设计，则能够使其具有较高的性能，确保网络系统的稳定性，提高系统的可靠性。

4 结束语

计算机系统构成较多，集成了各子系统功能，进而实现系统控制，为了提高计算机系统可靠性，则需要对影响因素进行全面的分析。对计算机系统进行可靠性设计，主要分为硬件系统设计与软件系统设计，同时做好细节优化设计与各系统结构优化设计，以此确保系统的可靠性以及安全性。

参考文献

[1]柳孔明，徐宏哲，黄俊.三余度飞控计算机架构及其可靠性研究[J].现代电子技术，2012（06）：102-106.

[2]赵豫峰，张善从.一种双机热备的嵌入式计算机系统设计[J].国外电子测量技术，2013（06）：75-78.

[3]吕进，肖嘉熙.计算机通信网的可靠性设计方案优化策略[J].无线互联科技，2016（15）：6-7.

[4]杨菊平，董妍，程俊强.民机飞控计算机余度设计及可靠性分析[J].计算机技术与发展，2014（06）：211-214.